برای بسیاری از مناطق ایالات متحده، آب و هوای زمستانی می تواند بر شرایط جاده تأثیر بگذارد. برای کاهش شرایط خطرناک ناشی از برف و یخبندان، بسیاری از شهرستان‌ها، شهرداری‌ها، صاحبان خانه‌ها و سایرین از دستگاه‌های یخ‌کن استفاده می‌کنند. نمک رایج ترین گزینه برای درمان جاده ها است.

کشت و کال – حوضه نفوذی سایت مطالعه در زمستان تصویر حوضه نفوذی سایت مطالعه در زمستان. یک خوشه چاه نظارتی قابل مشاهده است که در وسط حوضچه پر شده است. تیم تحقیقاتی تاثیر نمک جاده را بر کیفیت آب زیرزمینی ارزیابی کردند. اعتبار: راشل مک کویگان

اما چگونه نمک جاده ممکن است بر آب های زیرزمینی تأثیر بگذارد؟ آیا فقط در فصل زمستان تأثیر می گذارد یا در تمام طول سال تأثیرات ماندگاری دارد؟

اینها سوالات کلیدی هستند که ریچل مک کویگان، محقق در مرکز زمین شناسی دلاور و همکارانش می خواستند به آنها پاسخ دهند. آنها در تحقیقات خود آب طوفان و آب زیرزمینی را در حوضه نفوذی زیر نظر گرفتند. حوضه نفوذ یک استخر بزرگ و کم عمق کنار جاده است که به آب طوفان اجازه می دهد تا به آب های زیرزمینی نفوذ کند.

این تحقیق در ژورنال کیفیت محیطی، انتشاراتی از انجمن کشاورزی آمریکا، انجمن علوم زراعی آمریکا و انجمن علوم خاک آمریکا منتشر شد.

McQuiggan می گوید: “بیشتر شیوه های مدیریت آب طوفان برای محافظت از آب های سطحی طراحی شده اند.” حوضه‌های نفوذ، و حتی برخی از انواع زیرساخت‌های سبز، با این ایده طراحی شده‌اند که آب طوفان از «فیلتر کردن» طبیعی آلاینده‌ها در هنگام نفوذ در خاک بهره می‌برد و آلاینده‌ها با مخلوط شدن شارژ مجدد با آب‌های زیرزمینی موجود رقیق می‌شوند.

دانشمند زن با استفاده از تجهیزات در کنار زهکشی آب طوفان در کنار جاده ریچل مک کویگان کیفیت آب را در ورودی آب طوفان اندازه گیری می کند. محققان توضیح دادند که برای به دست آوردن تصویر کامل، توجه به مواردی مانند مکان، عمق و فرکانس پایش آب های زیرزمینی مهم است. اعتبار: A. Scott Andres

او می افزاید که از این مواد برای جلوگیری از تخلیه مستقیم آلاینده هایی مانند نمک به آب های سطحی استفاده می شود. اما در ایالت هایی مانند دلاور، آب های زیرزمینی تا ۸۰ درصد از آب رودخانه ها و نهرها را تشکیل می دهند. این بدان معنی است که نمک در نهایت به رودخانه ها و نهرها می رسد، فقط در یک مقیاس زمانی طولانی تر.

محققان حوضه نفوذ را از اواسط ماه مه ۲۰۱۹ تا اواسط فوریه ۲۰۲۲ برای ارزیابی تأثیر نمک جاده بر کیفیت آب زیرزمینی زیر نظر گرفتند. یکی از جنبه‌های یافته‌های آن‌ها نشان داد که پیچیدگی زمین‌شناسی، مانند تفاوت در ویژگی‌های خاک زیرسطحی، بر نحوه حرکت آب‌های شور طوفان در آب‌های زیرزمینی تأثیر می‌گذارد.

محققان توضیح دادند که برای به دست آوردن تصویر کامل، توجه به مواردی مانند مکان، عمق و فرکانس پایش آب های زیرزمینی مهم است.

این تیم دریافت که آب های زیرزمینی در طول سال تحت تاثیر نمک جاده ها قرار می گیرند، نه فقط در طول زمستان. این به این دلیل است که نمک در حوضه نفوذ در خاک حفظ می شود. نمک از اتم های سدیم و کلر ساخته شده است و کلرید راحت تر در آب حرکت می کند. با این حال، سدیم راحت‌تر روی ذرات خاک می‌چسبد.

دو نفر در حال نصب چاه مانیتورینگ در حوضه نفوذ پر از آب ایستاده A. اسکات آندرس و استیو مک کری یک چاه نظارتی کم عمق را در وسط حوضچه نفوذ پر از آب ایستاده نصب می کنند. این تیم دریافت که آب های زیرزمینی در طول سال تحت تاثیر نمک جاده ها قرار می گیرند، نه فقط در طول زمستان. این به این دلیل است که نمک در حوضه نفوذ در خاک حفظ می شود. اعتبار: راشل مک کویگان

در سایر قسمت های سال، آب طوفانی که نمک زیادی ندارد وارد حوضه می شود و سدیم را از خاک به داخل آب می ریزد. نتایج این مطالعه همچنین نشان می دهد که محتوای نمک بالاتر می تواند باعث ورود رادیوم به آب های زیرزمینی شود.

مک‌کویگان توضیح می‌دهد: «آب‌وهوا واقعاً می‌تواند بر زمان‌بندی چگونگی انجام این همه تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، اگر فصل بهار و تابستان مخصوصاً خشک باشد، سدیم ممکن است مدت بیشتری طول بکشد تا به آب‌های زیرزمینی برسد. و در دلاور، بارش برف معمولاً ظرف چند روز پس از باریدن آب می‌شود و از جاده‌ها خارج می‌شود. در آب و هوای سردتر می تواند ماه ها یخ زده بماند.

در حالی که یخ‌کن‌های دیگری در دسترس هستند، اما همه آنها به اندازه نمک جاده مؤثر نیستند و هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. شن و ماسه یک گزینه محبوب برای افزایش کشش و حداقل تأثیر بر آب های زیرزمینی است، اما می تواند به تعمیر و نگهداری اضافی مانند جارو کردن خیابان ها نیاز داشته باشد.

دانشمند زن با استفاده از رایانه لپ تاپ در جعبه کنترل دیتالوگر، ریچل مک کویگان داده های آب طوفان را از جعبه کنترل دیتالوگر دانلود می کند. دیتالاگر به دو سنسور، یکی در هر ورودی، از طریق کابل مدفون متصل می شود. داده های جمع آوری شده از این حسگرها برای محاسبه میزان تخلیه آب استفاده می شود. اعتبار: A. Scott Andres

او می‌گوید: «حتی یخ‌سازهای کربوهیدراتی مانند آب چغندر نیز وجود دارد. با این حال، بیشتر جایگزین‌ها همراه با نمک یا استات استفاده می‌شوند، زیرا آن‌ها بسیار مؤثر هستند و ایمنی جاده‌ها بسیار مهم است. هر گزینه از نظر تاثیر مثبت و منفی دارد

به محیط زیست و هزینه.»

بسیاری از مناطق سردسیر برای اطمینان از ایمنی رانندگان، دوچرخه سواران و عابران پیاده به دستگاه یخ زدا وابسته هستند. محققان می گویند که کار آنها راهنمایی هایی را در مورد چگونگی نظارت بر تاثیرات یخ زدا بر روی آب های زیرزمینی ارائه می دهد تا در صورت نیاز بتوان تنظیماتی را انجام داد.

مک‌کویگان می‌گوید: «آب‌های زیرزمینی تقریباً نیمی از آب آشامیدنی جهان را تأمین می‌کنند. در دلاور مرکزی و جنوبی، آب های زیرزمینی تنها منبع آب آشامیدنی هستند. امیدواریم نتایج این پروژه بهترین شیوه‌های مدیریتی را برای استفاده از یخ‌سازها برای حفاظت از منابع آب زیرزمینی تشویق کند.»

بودجه این تحقیق توسط دپارتمان حمل و نقل دلاور تامین شده است. این تیم تحقیقاتی وابسته به سازمان زمین شناسی دلاور و دپارتمان علوم زمین دانشگاه دلاور است.